c - 具有位域的 union 成员的值

Question

我正在尝试了解如何为包含位字段的 union 分配内存。

我查看了与此类似的帖子和问题，并且了解到大多数情况下都会涉及填充，具体取决于结构中声明成员的顺序。

1.

union Example
{ int i:2;
  int j:9; 
};


int main(void)
{ 
   union Example ex;
   ex.j=15;
   printf("%d",ex.i);
}

输出:-1

2.

union Example
{ unsigned int i:2;
  int j:9; 
};


int main(void)
{ 
   union Example ex;
   ex.j=15;
   printf("%d",ex.i);
}

输出:3

有人可以解释一下输出吗？这只是这种情况下的标准输出吗？我使用的是ubuntu内置的gcc编译器

Answer 1

编译器为 union 中的位字段分配位的方式恰好与 j 的低位与 i 的位重叠。因此，当j设置为15时，i的两位都设置为1。

当i是使用int i:2声明的两位有符号整数时，编译器将其解释为两位二进制补码数。按照这种解释，位 11 代表 -1。

当i是两位无符号整数，用unsigned int i:2声明时，它是纯二进制，没有符号位。按照这种解释，位 11 代表 3。

下面的程序显示，将有符号的两位整数设置为 -1 或将无符号的两位整数设置为 3 会在 union 中产生相同的位模式，至少在 C 实现中是这样。

#include <stdio.h>


int main(void)
{
    union Example
    {
        unsigned u;
        int i : 2;
        int j : 9;
        unsigned int k : 2;
    } ex;

    ex.u = 0;
    ex.i = -1;
    printf("ex.i = -1:  %#x.\n", ex.u);

    ex.u = 0;
    ex.j = 15;
    printf("ex.j = 15:  %#x.\n", ex.u);

    ex.u = 0;
    ex.k = 3;
    printf("ex.k =  3:  %#x.\n", ex.u);
}

输出:

ex.i = -1:  0x3.ex.j = 15:  0xf.ex.k =  3:  0x3.

请注意，编译器也可以从高到低而不是从低到高分配位，在这种情况下，j 的高位将与 i 重叠>，而不是低位。此外，编译器可以为九位 j 使用与两位 i 不同大小的存储单元，在这种情况下，它们的位可能不会重叠全部。 (例如，它可能使用单个八位字节表示 i，但使用 32 位字表示 j。八位字节将与32 位字，但不一定是用于 j 的部分。)